2024/12/14 更新

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ツジ ユウタ
辻 雄太
TSUJI YUTA
所属
総合理工学研究院 材料デバイス先端解析部門 准教授
次世代接着技術研究センター (併任)
工学部 融合基礎工学科(併任)
総合理工学府 総合理工学専攻(併任)
職名
准教授
連絡先
メールアドレス
電話番号
0925837862
プロフィール
(1) 総合理工学研究院にて以下の研究活動に従事している。 1. 金属酸化物表面での触媒反応に関する理論的研究。 2. 接着剤樹脂と無機・金属材料との界面での接着相互作用の理論的研究 3. 分子ワイヤーにおける量子干渉現象についての理論的研究 4. 触媒の探索のためのインフォマティクス研究 5. 群知能を利用した結晶構造探索 6. 複合アニオンによる触媒活性制御 7. エレクトライドの電子状態研究 8. 化学グラフ理論に関する研究 9. 積層芳香族性に関する研究 10. 触媒インフォマティクスに関する研究 11. ペロブスカイト太陽電池に関する研究 12. 水素化触媒に関する研究 13. 水電解触媒に関する研究 14. 有機金属構造体に関する研究 15. 自己組織化単分子膜に関する研究 (2) 工学部融合基礎工学科において以下の科目を担当している。 1. 融合基礎工学概論、分担、九州大学工学部融合基礎工学科、2022年度~ 2. 融合基礎情報学II、九州大学工学部融合基礎工学科、2023年度~ 3. 融合工学概論I、分担、九州大学工学部融合基礎工学科、2023年度~ 4. 融合応用情報学A、九州大学工学部融合基礎工学科、2024年度~ (3) 総合理工学府において以下の科目を担当している。 1. 総合理工学要論、分担、九州大学大学院総合理工学府、2023年度~ 2. 材料機能設計基盤特論 Ⅱ e、分担、九州大学大学院総合理工学府、2024年度~ (4) 研究室において修士課程学生の修士論文研究、博士課程学生の博士論文研究の指導を行っている。
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研究分野

  • ナノテク・材料 / 無機・錯体化学

  • ナノテク・材料 / 機能物性化学

  • ナノテク・材料 / 基礎物理化学

  • ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学) / 電子デバイス、電子機器

学位

  • 博士(工学)

経歴

  • 九州大学 総合理工学研究院 准教授

    2022年3月 - 現在

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    国名:日本国

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  • 九州大学 先導物質化学研究所 助教

    2018年1月 - 2022年2月

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  • コーネル大学博士研究員(2013年5月~2016年3月)

研究テーマ・研究キーワード

  • 研究テーマ:有機金属構造体に関する理論的研究

    研究キーワード:有機金属構造体

    研究期間: 2024年2月

  • 研究テーマ:第一原理計算

    研究キーワード:第一原理計算

    研究期間: 2024年

  • 研究テーマ:表面科学

    研究キーワード:表面科学

    研究期間: 2024年

  • 研究テーマ:触媒

    研究キーワード:触媒

    研究期間: 2024年

  • 研究テーマ:量子化学

    研究キーワード:量子化学

    研究期間: 2024年

  • 研究テーマ:エレクトライド

    研究キーワード:エレクトライド

    研究期間: 2024年

  • 研究テーマ:接着

    研究キーワード:接着

    研究期間: 2024年

  • 研究テーマ:分子軌道法

    研究キーワード:分子軌道法

    研究期間: 2024年

  • 研究テーマ:分子エレクトロニクス

    研究キーワード:分子エレクトロニクス

    研究期間: 2024年

  • 研究テーマ:伝導性

    研究キーワード:伝導性

    研究期間: 2024年

  • 研究テーマ:バンド計算

    研究キーワード:バンド計算

    研究期間: 2024年

  • 研究テーマ:金属錯体の熱物性に関する理論的研究

    研究キーワード:金属錯体

    研究期間: 2023年7月

  • 研究テーマ:銅表面の接着に関する理論的研究

    研究キーワード:銅表面

    研究期間: 2023年6月

  • 研究テーマ:燃料電池エージング過程の現象解明に関する理論的研究

    研究キーワード:エージング過程

    研究期間: 2023年6月

  • 研究テーマ:水電解反応に関する理論的研究

    研究キーワード:水電解反応

    研究期間: 2023年4月

  • 研究テーマ:グラフェンの接着に関する理論的研究

    研究キーワード:グラフェン

    研究期間: 2023年1月

  • 研究テーマ:積層芳香族性に関する理論的研究

    研究キーワード:芳香族性、π共役系

    研究期間: 2022年10月

  • 研究テーマ:メタンドライリフォーミングに関する理論的研究

    研究キーワード:ドライリフォーミング

    研究期間: 2022年7月

  • 研究テーマ:自己組織化単分子膜に関する理論的研究

    研究キーワード:自己組織化単分子膜

    研究期間: 2022年4月

  • 研究テーマ:ペロブスカイト太陽電池に関する理論的研究

    研究キーワード:ペロブスカイト、太陽電池

    研究期間: 2022年4月

  • 研究テーマ:水素化触媒に関する理論的研究

    研究キーワード:水素化触媒

    研究期間: 2022年4月

  • 研究テーマ:非酸化的メタンカップリング反応に関する理論的研究

    研究キーワード:非酸化的メタンカップリング反応

    研究期間: 2022年4月

  • 研究テーマ:アンモニア合成におけるTiの触媒の理論的研究

    研究キーワード:触媒,アンモニア,チタン

    研究期間: 2019年7月 - 2021年1月

  • 研究テーマ:軌道相関図を用いたメタン活性化の研究

    研究キーワード:メタン,触媒,IrO2

    研究期間: 2019年4月 - 2020年6月

  • 研究テーマ:複合アニオン酸化物表面での触媒反応に関する理論的研究

    研究キーワード:金属酸化物, 複合アニオン,メタン, 密度汎関数法, 触媒

    研究期間: 2019年4月

  • 研究テーマ:新規エレクトライド物質の探索

    研究キーワード:エレクトライド, データベース, 密度汎関数法, バンド計算,

    研究期間: 2018年6月

  • 研究テーマ:群知能を利用した結晶構造探索

    研究キーワード:結晶構造探索, 群知能, 密度汎関数法, バンド計算, エレクトライド

    研究期間: 2018年5月

  • 研究テーマ:触媒の探索のためのインフォマティクス研究

    研究キーワード:インフォマティクス, メタン, 密度汎関数法, 金属表面,

    研究期間: 2018年1月

  • 研究テーマ:金属酸化物表面での触媒反応に関する理論的研究

    研究キーワード:金属酸化物, メタン, 密度汎関数法, 触媒

    研究期間: 2018年1月

  • 研究テーマ:接着剤樹脂とh-BNとの界面での接着相互作用の理論的研究

    研究キーワード:エポキシ樹脂, 六方晶窒化ホウ素, 接着, 密度汎関数法

    研究期間: 2018年1月

  • 研究テーマ:接着剤樹脂と金属材料との界面での接着相互作用の理論的研究

    研究キーワード:エポキシ樹脂, 金, 接着, 密度汎関数法

    研究期間: 2018年1月

  • 研究テーマ:分子ワイヤーにおける量子干渉現象についての理論的研究

    研究キーワード:分子ワイヤ, コンダクタンス, 量子干渉, 分子エレクトロニクス

    研究期間: 2018年1月

  • 研究テーマ:グラフ理論に基づく分子伝導性の理論的研究

    研究キーワード:グラフ理論、コンダクタンス、隣接行列、グリーン関数

    研究期間: 2017年12月

  • 研究テーマ:金属酸化物ー金属クラスター複合体界面における触媒反応の理論的研究

    研究キーワード:酸化セリウム、Niクラスター、メタン、C-H結合活性化

    研究期間: 2017年11月

受賞

  • 2023年度(第4回)理論化学会奨励賞

    2023年5月   理論化学会   化学結合のトポロジーに基づいた物性の理解

  • 2023年度(第4回)理論化学会奨励賞

    2023年5月   理論化学会   化学結合のトポロジーに基づいた物性の理解

    辻雄太

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  • 第15回(2022年度)分子科学会奨励賞

    2022年9月   分子科学会   分子科学的視点に基づく表面反応の理論的研究

  • 第15回(2022年度)分子科学会奨励賞

    2022年9月   分子科学会   分子科学的視点に基づく表面反応の理論的研究

    辻雄太

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  • 第11回新化学技術研究奨励賞

    2022年6月   新化学技術推進協会   計算科学および情報科学を活用した触媒材料探索

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論文

  • Oxidative Addition of Methane and Reductive Elimination of Ethane and Hydrogen on Surfaces: From Pure Metals to Single Atom Alloys

    辻 雄太, 吉田 将隆, 蒲池 高志, 吉澤 一成

    JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY   144 ( 40 )   18650 - 18671   2022年10月   ISSN:00027863 eISSN:15205126

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    記述言語:その他   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:American Chemical Society  

    Oxidative addition of CH4 to the catalyst surface produces CH3 and H. If the CH3 species generated on the surface couple with each other, reductive elimination of C2H6 may be achieved. Similarly, H’s could couple to form H2. This is the outline of nonoxidative coupling of methane (NOCM). It is difficult to achieve this reaction on a typical Pt catalyst surface. This is because methane is overoxidized and coking occurs. In this study, the authors approach this problem from a molecular aspect, relying on organometallic or complex chemistry concepts. Diagrams obtained by extending the concepts of the Walsh diagram to surface reactions are used extensively. C–H bond activation, i.e., oxidative addition, and C–C and H–H bond formation, i.e., reductive elimination, on metal catalyst surfaces are thoroughly discussed from the point of view of orbital theory. The density functional theory method for structural optimization and accurate energy calculations and the extended Hückel method for detailed analysis of crystal orbital changes and interactions play complementary roles. Limitations of monometallic catalysts are noted. Therefore, a rational design of single atom alloy (SAA) catalysts is attempted. As a result, the effectiveness of the Pt1/Au(111) SAA catalyst for NOCM is theoretically proposed. On such an SAA surface, one would expect to find a single Pt monatomic site in a sea of inert Au atoms. This is desirable for both inhibiting overoxidation and promoting reductive elimination.

    DOI: 10.1021/jacs.2c08787

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    CiNii Research

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    リポジトリ公開URL: https://hdl.handle.net/2324/7160837

  • Toward Computational Screening of Bimetallic Alloys for Methane Activation: A Case Study of MgPt Alloy 査読

    Yoshida, M; Tsuji, Y; Iguchi, S; Nishiguchi, H; Yamanaka, I; Abe, H; Kamachi, T; Yoshizawa, K

    ACS CATALYSIS   12 ( 15 )   9458 - 9472   2022年8月   ISSN:2155-5435

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    記述言語:その他   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ACS Catalysis  

    CH4 is the main component of natural gas; there is a need for heterogeneous catalysts that can directly convert it into useful substances. On active metal surfaces, e.g., Pt surfaces, CH4 is sequentially dehydrogenated to CH or C. It is very difficult to obtain useful C2 products from them. We here present a catalytic informatics strategy with DFT calculations and databases to discover bimetallic alloy catalysts for selective methane coupling, which cannot be achieved with monometal catalysts. Considering two properties required for a methane conversion catalyst, i.e., reactivity and selectivity, alloy surfaces that allow the initial C–H bond cleavage reaction of methane to proceed and that stabilize CH2 and CH3 species more than CH and C species will be suitable catalysts for direct methane conversion. An exhaustive screening of alloys satisfying such conditions is carried out using density functional theory calculations. As a result, MgPt is predicted to be one of the most useful catalysts; on its surface, the activity of Pt is moderately suppressed due to Mg, and CH3 and CH2 species get more stable than CH and C species. The calculations predict that the C–C coupling reaction with the lowest activation barrier on the MgPt surface occurs for the pair of CH3 and CH2, producing the C2H5 adsorbed species; it becomes ethane if hydrogenated and ethylene if dehydrogenated. In addition, the optimal Mg/Pt ratio for the reaction is computationally explored, and it is found that the Mg/Pt ratio of 1:1 is the best. Eventually, experimental verification is carried out by actually synthesizing an alloy satisfying this ratio; the nonoxidative coupling reaction of methane molecules is tested in the presence of the MgPt catalyst, and the formation of C2 hydrocarbons as primary products is confirmed.

    DOI: 10.1021/acscatal.2c01601

    Web of Science

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  • Theoretical Study on the Contribution of Interfacial Functional Groups to the Adhesive Interaction between Epoxy Resins and Aluminum Surfaces 査読

    Nakamura, S; Yamamoto, S; Tsuji, Y; Tanaka, K; Yoshizawa, K

    LANGMUIR   38 ( 21 )   6653 - 6664   2022年5月   ISSN:0743-7463 eISSN:1520-5827

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    記述言語:その他   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Langmuir  

    To ensure the quality and reliability of products bonded by epoxy resin adhesives, elucidation of the microscopic adhesion mechanism is essential. The adhesive interaction and bonding strength between epoxy resins and hydroxylated γ-alumina (001) surfaces were investigated by using a combined molecular dynamics (MD) and density functional theory (DFT) study. The curing reaction of an epoxy resin consisting of diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA) and 4,4′-diaminodiphenyl sulfone (DDS) was simulated. The resin structure was divided into fragmentary structures to study the interaction of each functional group with the alumina surface using DFT calculations. From the characteristics of the adhesive structures and the calculated adhesion energies, it was found that the fragments forming hydrogen bonds with hydroxy groups on the alumina surface resulted in large adhesion energies. On the other hand, the fragments adsorbed on the alumina surface via dispersion interactions resulted in small adhesion energies. The adhesion forces evaluated from the Hellmann-Feynman force calculations indicated the significant contribution of the hydroxy groups and benzene ether moieties derived from DGEBA to the adhesive stress of the DGEBA/DDS epoxy resin. The direction of hydrogen bonding between the epoxy resin and the surface and the difference in geometry at the interface between the donor and acceptor of hydrogen bonding played a central role in maintaining the adhesive strength during the failure process of the adhesive interface.

    DOI: 10.1021/acs.langmuir.2c00529

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  • Topology Dictates Magnetic and Conductive Properties of a π-Stacked System: Insight into Possible Coexistence of Magnetic and Conductive Systems 査読

    Tsuji, Y; Okazawa, K; Kurino, K; Yoshizawa, K

    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C   126 ( 6 )   3244 - 3256   2022年2月   ISSN:1932-7447 eISSN:1932-7455

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    記述言語:その他   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Journal of Physical Chemistry C  

    In this paper, conductivity and magnetism in alternant hydrocarbons are discussed based on the topology of π-conjugated networks. In a molecular system with two spin centers, when the spins are separated by an odd-length walk, they interact antiferromagnetically with each other, but when they are separated by an even-length walk, they interact ferromagnetically. The conduction through the pathway connecting the two spins is expected to be effective for the former case, while ineffective for the latter case, but both show almost the same conductance in a magnetic system. This is because in the latter case, a feature in the electron transmission spectrum that causes destructive quantum interference is localized away from the Fermi level of the electrode and in a very narrow energy range, not affecting the zero-bias conductance. This tendency is further accentuated by generating weak coupling between the electrode surfaces and the spins to preserve the radical character of the molecule sandwiched between two electrodes. Although there is a challenge on how to stabilize radical molecules in a confined environment between electrodes, what is presented in this paper would give a clue on how to construct a system where magnetism and conductivity coexist.

    DOI: 10.1021/acs.jpcc.1c10502

    Web of Science

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  • Theoretical Study on the Electronic Structure of Heavy Alkali-Metal Suboxides 査読

    Yuta Tsuji, Mikiya Hori, Kazunari Yoshizawa

    Inorganic chemistry   59 ( 2 )   1340 - 1354   2020年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03046

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講演・口頭発表等

  • Reactivity and Properties of Metal Clusters 招待 国際会議

    @Yuta Tsuji

    The 21st International Conference on Discrete Geometric Analysis for Materials Design  2021年9月 

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    開催年月日: 2021年9月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    国名:日本国  

  • 固体触媒反応の軌道理論 招待

    @辻雄太

    凝縮系の理論化学2021  2021年3月 

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    開催年月日: 2021年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:京都大学桂キャンパス   国名:日本国  

  • 量子化学計算による接着界面の理論的研究 招待

    @辻雄太

    日本接着学会西部支部若手主催講演会  2021年1月 

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    開催年月日: 2021年1月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:オンライン   国名:日本国  

  • 複合アニオンによる活性化エネルギー制御 招待

    @辻雄太

    第二回複合アニオンウェブセミナー  2020年7月 

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    開催年月日: 2020年7月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:オンライン   国名:日本国  

  • 新規エレクトライド物質の探索 招待

    @辻雄太

    2019年度DV-Xα研究協会特別講演会  2019年12月 

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    開催年月日: 2019年12月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:九州大学先導物質化学研究所   国名:日本国  

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MISC

  • Correction to: Ready-to-transfer two-dimensional materials using tunable adhesive force tapes (Nature Electronics, (2024), 7, 2, (119-130), 10.1038/s41928-024-01121-3)

    Nakatani M., Fukamachi S., Solís-Fernández P., Honda S., Kawahara K., Tsuji Y., Sumiya Y., Kuroki M., Li K., Liu Q., Lin Y.C., Uchida A., Oyama S., Ji H.G., Okada K., Suenaga K., Kawano Y., Yoshizawa K., Yasui A., Ago H.

    Nature Electronics   7 ( 4 )   2024年4月

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    出版者・発行元:Nature Electronics  

    Correction to: Nature Electronicshttps://doi.org/10.1038/s41928-024-01121-3, published online 9 February 2024. In the version of this article initially published, the label in Fig. 2f now reading “Ra = 1.4 nm” appeared as “Ra = 0.14 nm” and is now amended in the HTML and PDF versions of the article.

    DOI: 10.1038/s41928-024-01170-8

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  • 化学結合のトポロジーに基づいた物性の理解 : 奨励賞 受賞寄稿—Understanding of Physical Properties Based on the Topology of Chemical Bonds

    辻 雄太

    フロンティア : 理論化学会誌 = Frontier : journal of the Japan Society of Theoretical Chemistry   6 ( 1 )   巻頭1p,10 - 18   2024年1月   ISSN:2758-4496

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:[岡崎] : 理論化学会 = Japan Society of Theoretical Chemistry  

    CiNii Research

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    その他リンク: https://ndlsearch.ndl.go.jp/books/R000000004-I033611278

  • 超セラミックス:分子が拓く無機材料のフロンティア 外圏型超セラミックスへの理論的アプローチの道筋

    辻雄太, 岩井宏樹

    セラミックス   59 ( 7 )   2024年   ISSN:0009-031X

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  • Concepts of Computational Approach to Explore Heterogeneous Catalysts for Direct Methane Conversion

    Yuta Tsuji, Masataka Yoshida, Kazunari Yoshizawa, Takashi Kamachi

    ChemCatChem   2023年5月

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    記述言語:その他  

    DOI: 10.1002/cctc.202201488

  • 第5章第1節 メタン選択酸化の計算科学最前線

    塩田淑仁, 辻雄太, 吉澤一成

    メタンと二酸化炭素 ~ その触媒的化学変換技術の現状と展望 ~   2023年3月

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    記述言語:日本語  

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産業財産権

特許権   出願件数: 1件   登録件数: 0件
実用新案権   出願件数: 0件   登録件数: 0件
意匠権   出願件数: 0件   登録件数: 0件
商標権   出願件数: 0件   登録件数: 0件

所属学協会

  • 触媒学会

    2022年11月 - 現在

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  • 日本接着学会

    2022年11月 - 現在

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  • アメリカ化学会

  • 理論化学会

  • 日本接着学会

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委員歴

  • 触媒学会西日本支部   幹事   国内

    2024年5月 - 2025年5月   

  • 理論化学会   幹事   国内

    2023年10月 - 2025年9月   

  • 日本化学会九州支部   日本化学会九州支部会計幹事  

    2023年4月 - 2024年3月   

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    団体区分:学協会

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  • 日本接着学会   日本接着学会若手交流会幹事  

    2022年11月 - 現在   

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    団体区分:学協会

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  • 日本接着学会   若手会委員   国内

    2022年10月 - 現在   

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学術貢献活動

  • 座長

    第17回分子科学討論会2023  ( 大阪大学 ) 2023年9月

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    種別:大会・シンポジウム等 

  • 学術論文等の審査

    役割:査読

    2023年

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    種別:査読等 

    外国語雑誌 査読論文数:120

  • 実行委員

    第45回ケモインフォマティクス討論会  ( 九州大学 ) 2022年11月

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    種別:大会・シンポジウム等 

  • 学術論文等の審査

    役割:査読

    2022年

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    種別:査読等 

    外国語雑誌 査読論文数:35

    日本語雑誌 査読論文数:2

  • 実行委員

    触媒インフォマティクス研究会2021  ( オンライン ) 2021年10月

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    種別:大会・シンポジウム等 

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その他

  • ⼆次元材料を転写できる、UV 光によって粘着⼒が⼤きく変化するテープの機構解明を第一原理計算で行った。Nat Electron 7, 119–130 (2024).

    2024年4月

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    Graphene and other two-dimensional (2D) materials can be used to create electronic and optoelectronic devices. However, their development has been limited by the lack of effective large-area transfer processes. Here we report a transfer method that uses functional tapes with adhesive forces controlled by ultraviolet light. The adhesion of the tape is optimized for the transfer of monolayer graphene, providing a yield of over 99%. Once detached from the growth substrate, the graphene/tape stack enables easy transfer of graphene to the desired target substrate. The method can be used to transfer other 2D materials, including bilayer graphene, transition metal dichalcogenides, hexagonal boron nitride and stacked heterostructures. The solvent-free nature of the final release step facilitates transfer to various target substrates including flexible polymers, paper and three-dimensional surfaces. The tape/2D material stacks can also be cut into desired sizes and shapes, allowing site-selective device fabrication with reduced loss of 2D materials.

  • 本研究では、金とエポキシ樹脂の接着性相互作用を理論的に検討した。これらの材料は、様々な電子機器の重要な構成要素となっている。本研究の目的は、(1)現実的な金表面とエポキシ樹脂の接着メカニズムを解明すること、(2)優れた接着性を実現し、デバイスの故障の原因となる接着破壊を低減するためのデバイス設計指針を得ること、である。マイクロエレクトロニクスのチップ実装に用いられるダイパッド表面は、通常、電解メッキ技術によって形成されている。この手法では、K[Au(CN)2]などのイオン性金溶液が使用される。我々がこれまでに行った理論・実験の複合研究により、金カチオンの対アニオンであるCN-は金に対して高い親和性を持ち、メッキによって生成した金表面に残留しやすいことが明らかになっている。しかし、めっきされた金表面におけるシアノ基の含有量はまだ不明である。そこで、シミュレーションにより被覆率を変化させたシアノ基を埋め込んだ金表面を構築した。第一原理密度汎関数計算を用いて、シアノ基の被覆率の違いが接着強度に及ぼす影響を調べた。表面上のシアノ基の数が増加すると,金表面とエポキシ樹脂との直接的な相互作用は妨げられるが,エポキシ樹脂および硬化剤中の水酸基およびアミノ基は,表面に吸着したシアノ基とより多くの水素結合を形成することが分かった。その結果,中間のシアノ基被覆率(約33%)の表面が最も高い接着強度をもたらすことがわかった。本研究によって明らかとなった知見は産業応用上非常に重要なものである。 (Langmuir 2021, 37, 3982–3995)

    2021年3月

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    In this study, the adhesive interaction between gold and epoxy resin is theoretically investigated. These materials make up crucial components of a wide range of electronic devices. The objectives of the study are (1) to elucidate the bonding mechanism between epoxy resin and a realistic gold surface, and (2) to obtain a device-design guideline for superior adhesion, thus reducing the bonding breakage that may potentially cause device failure. Die pad surfaces used in chip attachment methods for microelectronics are usually fabricated using an electrolytic plating technique. This technique involves ionic gold solutions like K[Au(CN)2]. The combined theoretical and experimental studies previously carried out by the authors have revealed that the CN– counteranion of the gold cation has a high affinity for gold and is likely to remain on the realistic gold surface generated by plating. However, the cyano group content on the surface of the plated gold is still unknown. Therefore, gold surfaces embedded with cyano groups with various coverages are constructed. The effect of the varying coverage of the cyano groups on the adhesion strength is inspected using first-principles density functional theory calculations. As the number of cyano groups on the surface increases, the direct interaction between the gold surface and the epoxy resin is hindered, but the hydroxy and amino groups in the epoxy resin and hardener form more hydrogen bonds with the cyano groups adsorbed on the surface. It is found that the surface with intermediate cyano coverage (about 33%) yields the highest adhesive strength.

  • 本研究論文では、最もエネルギーの低い電子の性質について詳しく説明した。このような電子が占有する軌道は、最低被占分子軌道(LOMO)と呼ばれる。化学のヒュッケル法と数学のグラフ理論はよく対応していて、化学者が特定のエネルギーを持つ電子の分布と見なす分子軌道は、数学者にとっては代数的な存在、つまり固有ベクトルである。LOMOの数学的な対応は、固有ベクトル中心性として知られており、ネットワークのノードを特徴づける中心性指標である。これは、化学の問題を解決するのに役立つだけでなく、今日の人類が直面している課題にも影響を与える可能性がある。この論文では、化学の論文としては異例だが、中心性(LOMO)が何であるかを理解するのに適した例として、社会的ネットワークにおける感染症の伝播のデモンストレーションから始めた。ネットワーク上の感染患者の収束した分布は、同じネットワーク構造やトポロジーを共有する分子のLOMOの分布と一致する。これは、グラフ理論と量子力学を支える数学的構造が共通しているからである。さらに、LOMO係数は、原子集合体における原子の中心性の現れと考えることができ、どの原子が集合体の中で最も重要な役割を果たしているか、あるいは、どの原子がこれらの原子のネットワークに最も大きな影響を与えているかを示している。そこで、LOMO係数に基づいて、金属原子のクラスターへの結合エネルギーを予測することを提案した。また、より洗練された中心性指標を用いた記述子の改良の可能性についても議論した。(ACS Omega 2021, 6, 1339–1351)

    2021年1月

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    In this paper, the nature of the lowest-energy electrons is detailed. The orbital occupied by such electrons can be termed the lowest occupied molecular orbital (LOMO). There is a good correspondence between the Hückel method in chemistry and graph theory in mathematics; the molecular orbital, which chemists view as the distribution of an electron with a specific energy, is to mathematicians an algebraic entity, an eigenvector. The mathematical counterpart of LOMO is known as eigenvector centrality, a centrality measure characterizing nodes in networks. It may be instrumental in solving some problems in chemistry, and also it has implications for the challenge facing humanity today. This paper starts with a demonstration of the transmission of infectious disease in social networks, although it is unusual for a chemistry paper but may be a suitable example for understanding what the centrality (LOMO) is all about. The converged distribution of infected patients on the network coincides with the distribution of the LOMO of a molecule that shares the same network structure or topology. This is because the mathematical structures behind graph theory and quantum mechanics are common. Furthermore, the LOMO coefficient can be regarded as a manifestation of the centrality of atoms in an atomic assembly, indicating which atom plays the most important role in the assembly or which one has the greatest influence on the network of these atoms. Therefore, it is proposed that one can predict the binding energy of a metal atom to its cluster based on its LOMO coefficient. A possible improvement of the descriptor using a more sophisticated centrality measure is also discussed.

  • Rb-O, Cs-O, Rb-Cs-O系の相図の金属過剰側では、様々な化学量論を見出すことができる。例えば、Rb9O2, Rb6O, Cs4O, Cs7O, Cs11O3, RbCs11O3, Rb7Cs11O3などである。これらは重アルカリ金属亜酸化物と呼ばれている。これらの化合物では余剰電子の存在が示唆されます。このことから、第一原理密度汎関数理論(DFT)法を用いた理論的研究を行った。これらの化合物の構造は、カチオン性のRb9O2またはCs11O3クラスターに基づいている。フェルミ準位以下の部分電荷密度と電子局在関数(ELF)を解析した結果、すべての亜酸化物の結晶空隙領域に余剰電子が存在し、クラスターの過剰な正電荷を補償していることが明らかとなった。状態密度(DOS)の計算から、すべての化合物は金属的であることが示唆された。Rb9O2とCs11O3の相を除いて、亜酸化物の構造は、カチオン性クラスターとアルカリ金属マトリックスの両方を含む。いくつかの電荷解析は、金属マトリックス中のアルカリ金属原子に余剰電子密度を割り当てることができ、負に帯電したアルカリ金属原子、すなわちRb-イオンおよびCs-イオン(アルカリド)の存在の可能性につながることを示している。Rb6Oでは、Rb-, Rb0, Rb+が同じ結晶構造で共存していることがわかっている。同様に、Cs7Oでは3種類のCsが存在する。Rb-Cs-O三元系亜酸化物では、Rbは負に帯電したアニオン状態または中性状態をとるが、Cs原子はすべてCs11O3クラスターに関与しており、すべてカチオン性であることがわかった。クラスター間の軌道相互作用を解析し、クラスターの固体への凝縮がどのようにして起こるのか、また、どのようにして電気的性質が生じるのかを明らかにした。これらのクラスターは超原子的な性質を持っていることが明らかとなった。(Inorg. Chem. 2020, 59, 1340–1354)

    2020年1月

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    On the metal-rich side of the phase diagrams of the Rb–O, Cs–O, and Rb–Cs–O systems, one can find a variety of stoichiometries: for example, Rb9O2, Rb6O, Cs4O, Cs7O, Cs11O3, RbCs11O3, and Rb7Cs11O3. They may be termed heavy alkali-metal suboxides. The application of the standard electron-counting scheme to these compounds suggests the presence of surplus electrons. This motivated us to carry out a theoretical study using the first-principles density functional theory (DFT) method. The structures of these compounds are based on either a formally cationic Rb9O2 or Cs11O3 cluster. The analyses of the partial charge density just below the Fermi level and the electron localization function (ELF) have revealed that there exist surplus electrons in interstitial regions of all the investigated suboxides so that the excess positive charge of the cluster can be compensated. Density of states (DOS) calculations suggest that all of the compounds are metallic. Therefore, the suboxides listed above may be regarded as a new family of metallic electrides, where coreless electrons reside in interstitial spaces and provide a conduction channel. Except for the phases of Rb9O2 and Cs11O3, the suboxide structures include both the cationic clusters and alkali-metal matrix. Several charge analyses indicate that the interstitial surplus-electron density can be assigned to the alkali-metal atoms in the metal matrix, leading to the possibility of the presence of negatively charged alkali-metal atoms, namely Rb– (rubidide) and Cs– (caeside) ions, a.k.a. alkalides. In Rb6O, Rb–, Rb0, and Rb+ are found to coexist in the same crystal structure. Similarly, in Cs7O, one can find the three types of Cs atoms. However, in Cs4O, no Cs0 state is identified. In the Rb–Cs–O ternary suboxides, Rb takes a negatively charged anion state or neutral state, while all of the Cs atoms are found to be cationic because they get involved in the Cs11O3 cluster and all the Rb atoms exist in interstitial sites. Orbital interactions between the clusters are analyzed to understand how the condensation of the clusters into the solid happens and how the electride nature ensues. These clusters are found to have some superatomic character.

  • 14族のリチウム化合物はリチウムテトレライドと呼ばれる。その中でも、もっともリチウムの割合が高いLi17Tt4 (Tt = Si, Ge, Sn, Pb)は余剰電子を有していることが密度汎関数計算から明らかとなった。その余剰電子は核を離れて格子間に存在しているため、電子自身がアニオンとして振る舞う電子化物(エレクトライド)の一種であると考えられる。状態密度や電子密度の解析により、余剰電子の波動関数はそれを取り囲むイオンの波動関数と軌道相互作用をしており、新奇な結合様式が見いだされた。(Bull. Chem. Soc. Jpn. 2019, 92, 1154-1169)

    2019年5月

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    The lithium-richest phase in the binary Li-Tt system (Tt = Si, Ge, Sn, and Pb) has a stoichiometry of Li17Tt4. In the beginning of this paper, the structural complexity of Li17Tt4 is gradually stripped away using the concept of the M26 cluster found in γ-brass structures and a Tt-centered polyhedral representation. By means of the first-principles electronic structure calculations, which are followed by the analyses of the electron localization function (ELF), Bader charges, and spin density, we observe non-nuclear maxima of the ELF, electron density, and spin density. Since the electron densities off the atoms are confined in crystalline voids, separated from each other, and behaving as an anion, Li17Tt4 can be identified as a potential zero-dimensional electride. This finding agrees with a simple Zintl picture, which suggests a valence electron count of [(Li+)17(Tt4−)4·e−]. Detailed analyses on the band structures, the projected density of states, and crystal orbitals at the Γ point in the reciprocal space hint at the potential of forming a bond between the non-nuclear electron density and the neighboring atoms. Signatures of bonding and anti-bonding orbital interactions can be witnessed.

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 燃料電池等利用の飛躍的拡大に向けた共通課題解決型産学官連携研究開発事業/共通課題解決型基盤技術開発/固体高分子形燃料電池生産時のエージングプロセスの現象解明

    2023年6月 - 2025年3月

    日本 

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    担当区分:研究分担者 

    組み立て直後の燃料電池(FC)スタックは、乾燥しておりプロトンの通路が不十分であり、また触媒表面は酸化物や汚染物に覆われて活性が低下しています。そのため、スタックは直接出荷できません。出荷前には、発電検査装置を使用して発電を行い、出力を上げることで、生成される水によりプロトン通路が形成され、同時に触媒表面の汚染物が除去されます。このプロセスにより、スタックの出力が出荷可能なレベルにまで向上します。

    このエージングプロセスの湿潤過程を放射光X線イメージングで解明し、触媒表面の現象をoperando赤外分光法やoperando高分解能X線吸収分光法、第一原理計算と組み合わせることで明らかにします。これらの先端計測技術と電気化学計測結果を統合することで、エージング過程の現象を理解し、産業界のニーズに対応する対策を講じることが可能となります。

    このプロジェクトでは、トヨタ自動車、本田技研工業、パナソニック、東芝エネルギーシステムズ、豊田中央研究所の各社が協力し、エージング過程を研究してきたFC-Cubicが窓口となります。FC-Cubicは、アカデミアと産業界の融合を図り、燃料電池開発の基盤研究を行っており、エージング工程の基盤的研究を担っています。得られる情報はエージング工程の改善に役立ちます。

  • 燃料電池等利用の飛躍的拡大に向けた共通課題解決型産学官連携研究開発事業/共通課題解決型基盤技術開発/固体高分子形燃料電池生産時のエージングプロセスの現象解明

    2023年 - 2024年

    NEDO

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    担当区分:研究分担者  資金種別:受託研究

  • 木下基礎科学研究基金助成事業/第一原理計算を用いた水電解のための電極触媒の理論的研究

    2023年

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    資金種別:寄附金

  • 計算科学による超セラミックスの設計と物性機能解明

    2022年6月 - 2027年3月

    日本 

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    担当区分:研究分担者 

    本研究課題では第一原理計算を用いて超セラミックスにおける特異な構造多様性とその電子状態の解析を行い、超セラミックスにおける分子イオンの特徴的な安定配位構造や格子振動状態、表面と分子間の反応挙動を解明する。B班(解析)内で実験チームと連携しながら、実験スペクトルの理論解釈やハイスループット物質探索と材料設計を実施し、得られた知見をA班(合成)、C班(物性・機能)にフィードバックすることで材料開発を推進する。特に、マテリアルズインフォマティクス(MI)や人工知能(AI)を駆使することで、結晶と分子が協奏する超セラミックス材料の構造と機能の支配因子を捉え、その学理を構築する。

  • 計算科学による超セラミックスの設計と物性機能解明

    研究課題/領域番号:22H05146  2022年 - 2026年

    日本学術振興会・文部科学省  科学研究費助成事業  学術変革領域研究(A)

    桑原 彰秀, 前園 涼, 辻 雄太

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    担当区分:研究分担者  資金種別:科研費

    本研究課題では第一原理計算を用いて超セラミックスにおける特異な構造多様性とその電子状態の解析を行い、超セラミックスにおける分子イオンの特徴的な安定配位構造や格子振動状態、表面と分子間の反応挙動を解明する。B班(解析)内で実験チームと連携しながら、実験スペクトルの理論解釈やハイスループット物質探索と材料設計を実施し、得られた知見をA班(合成)、C班(物性・機能)にフィードバックすることで材料開発を推進する。特に、マテリアルズインフォマティクス(MI)や人工知能(AI)を駆使することで、結晶と分子が協奏する超セラミックス材料の構造と機能の支配因子を捉え、その学理を構築する。

    CiNii Research

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教育活動概要

  • (1) 工学部融合基礎工学科において以下の科目を担当している。
    1. 融合基礎工学概論、分担、九州大学工学部融合基礎工学科、2022年度~
    2. 融合基礎情報学II、九州大学工学部融合基礎工学科、2023年度~
    3. 融合工学概論I、分担、九州大学工学部融合基礎工学科、2023年度~
    4. 融合応用情報学A、九州大学工学部融合基礎工学科、2024年度~

    (2) 総合理工学府において以下の科目を担当している。
    1. 総合理工学要論、分担、九州大学大学院総合理工学府、2023年度~
    2. 材料機能設計基盤特論 Ⅱ e、分担、九州大学大学院総合理工学府、2024年度~

    (3) 研究室において修士課程学生の修士論文研究、博士課程学生の博士論文研究の指導を行っている。

担当授業科目

  • 総合理工学修士実験

    2023年4月 - 2024年3月   通年

  • 総合理工学修士演習

    2023年4月 - 2024年3月   通年

  • 総合理工学修士演習

    2023年4月 - 2024年3月   通年

  • 融合基礎情報学Ⅱ

    2023年4月 - 2023年9月   前期

  • 総合理工学要論 id-ej(日本語)

    2023年4月 - 2023年9月   前期

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FD参加状況

  • 2021年1月   役割:参加   名称:先導物質化学研究所 2021年度第一回FD

    主催組織:部局

  • 2021年1月   役割:参加   名称:先導物質化学研究所 2020年度第一回FD

    主催組織:部局

  • 2020年1月   役割:参加   名称:先導物質化学研究所 2019年度第二回FD

    主催組織:部局

  • 2019年5月   役割:参加   名称:先導物質化学研究所 2019年度第一回FD

    主催組織:部局

  • 2019年1月   役割:司会   名称:平成30年度第2回先導研FD研修会

    主催組織:部局

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他大学・他機関等の客員・兼任・非常勤講師等

  • 2024年  福岡工業大学・生命環境化学科  区分:非常勤講師  国内外の区分:国内 

    学期、曜日時限または期間:前期、4月から9月まで

  • 2023年  福岡工業大学・生命環境化学科  区分:非常勤講師  国内外の区分:国内 

    学期、曜日時限または期間:前期、4月から9月まで

  • 2022年  福岡工業大学・生命環境化学科  区分:非常勤講師  国内外の区分:国内 

    学期、曜日時限または期間:前期、4月から9月まで

  • 2021年  福岡工業大学・生命環境化学科  区分:非常勤講師  国内外の区分:国内 

    学期、曜日時限または期間:前期、4月から9月まで

  • 2020年  福岡工業大学・生命環境化学科  区分:非常勤講師  国内外の区分:国内 

    学期、曜日時限または期間:前期、4月から9月まで

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その他教育活動及び特記事項

  • 2024年  その他特記事項  Google ColaboratoryやJupyter Notebookを使って受講生が自らプログラム書いて、それを動かしながら深層学習の基礎を学ぶことができるような授業を設計し、実施した。

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    Google ColaboratoryやJupyter Notebookを使って受講生が自らプログラム書いて、それを動かしながら深層学習の基礎を学ぶことができるような授業を設計し、実施した。

  • 2023年  その他特記事項  Google ColaboratoryやJupyter Notebookを使って受講生が自らプログラム書いて、それを動かしながらデータ解析・機械学習の基礎を学ぶことができるような授業を設計し、実施した。

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    Google ColaboratoryやJupyter Notebookを使って受講生が自らプログラム書いて、それを動かしながらデータ解析・機械学習の基礎を学ぶことができるような授業を設計し、実施した。

社会貢献・国際連携活動概要

  • 高校生向けの講演、オープンキャンパスによる研究紹介などのアウトリーチ活動、企業・産業界との共同研究や技術指導・講演などを行っている。

社会貢献活動

  • 九州大学オープンキャンパスにて研究内容の紹介を行った。

    九州大学  九州大学伊都キャンパス  2023年8月

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    対象: 社会人・一般, 学術団体, 企業, 市民団体, 行政機関

    種別:その他

  • 「計算科学および情報科学を活用した触媒材料探索」というタイトルで新化学技術推進協会  先端化学・材料技術部会 コンピュータケミストリ分科会 勉強会にて企業の研究者向けに講演を行いました。

    新化学技術推進協会  新化学技術推進協会  2023年5月

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    対象: 社会人・一般, 学術団体, 企業, 市民団体, 行政機関

    種別:セミナー・ワークショップ

  • 筑紫地区オープンキャンパスにて研究内容の紹介を行った。

    九州大学筑紫キャンパス  九州大学筑紫キャンパス  2023年5月

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    対象: 社会人・一般, 学術団体, 企業, 市民団体, 行政機関

    種別:その他

  • 筑紫地区オープンキャンパスにて研究内容の紹介を行った。

    九州大学筑紫キャンパス  九州大学筑紫キャンパス  2022年5月

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    対象: 社会人・一般, 学術団体, 企業, 市民団体, 行政機関

    種別:その他

  • 「量子力学を使った材料研究の最前線」という題目で 平成29年度第3回グローバルリーダー育成塾(福岡,2017年8月)にて大分県の高校生に対して大学での最先端の研究について紹介した

    大分県教育委員会グローバルリーダー育成塾  2017年8月

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    対象: 幼稚園以下, 小学生, 中学生, 高校生

    種別:セミナー・ワークショップ

海外渡航歴

  • 2017年3月

    滞在国名1:アメリカ合衆国   滞在機関名1:サンノゼ州立大学

  • 2017年2月

    滞在国名1:アメリカ合衆国   滞在機関名1:サンノゼ州立大学

  • 2015年8月

    滞在国名1:デンマーク王国   滞在機関名1:コペンハーゲン大学

  • 2015年7月

    滞在国名1:デンマーク王国   滞在機関名1:コペンハーゲン大学

  • 2013年5月 - 2016年3月

    滞在国名1:アメリカ合衆国   滞在機関名1:コーネル大学

学内運営に関わる各種委員・役職等

  • 2023年10月 - 2025年3月   学府 総理工材料理工学メジャー就職担当(副)

  • 2023年4月 - 現在   学科 融合基礎工学科広報委員会委員

  • 2023年4月 - 2024年3月   地区 I棟巡視補助者

  • 2022年11月 - 現在   専攻 JD設置準備会委員

  • 2022年4月 - 現在   研究院 I棟 支線LAN管理者

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